强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践.pdf

为强化学生非技术性能力培养，文章以制药工程专业开设的集中实践类必修课制药工艺研发课程设计为例，介绍了项目式教学的设计、实施及其效果，提出构建实施知识、素质、能力相结合的教学评价体系，以期培养制药及相关工程领域的卓越科技人才和满足国家经济发展需要的高素质创新人才。【关键词项目式教学；工程教育；制药工艺；课程设计；课程思政；教学评价Reform and Practice of Project-based Teaching to StrengthenNon-technical Skills TrainingLu Jiafei,Zhao Guangrong,Song Hao,Li Yanni,Jiang Jianlan,Feng Jia,Zhu Hongji(School of Chemical Enginering and Technology,Tianjin University,Tianjin 300350,China)Abstract:Taking the course of Research and Design of Pharmaceutical Processes as an example,thispaper introduces the design,conduction and outcome of project-based teaching activities which pay moreattention to developing students non-technical skills.A teaching evaluation system involving knowledge,quality and capability has been established and implemented as an exploration for the cultivation ofexcellent technological talents in pharmaceutical and related engineering fields and high-quality innovativetalents needed by national economic development.Key words:Project-based teaching;Engineering education;Pharmaceutical technology;Curriculumdesign;Curriculum for ideological and political education;Teaching evaluation在新工科建设背景下，工程科技人才的核心特征是能够解决“跨界”的复杂工程问题1-2 。为了培养这类人才，高校应以学生为中心，以项目的形式组织教学，要求学生根据项目主题和具体的实施框架，以团队为单位完成工艺工程设计等项目实施流程。这样可以使学生置身于解决工程实作者简介朱宏吉（19 6 8-），女，副教授，博士。通信作者朱宏吉，E-mail：z h j t j u.e d u.c n。*基金项目：天津大学教育教学改革项目“基于OBE理念的多元化课程教学评价方法改革与实践”（C202109）；天津大学制药工程国家级一流本科专业建设项目。95吕佳，等.强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践际问题的情境中，充分调动他们的主动性，培养他们的创造性思维，提高其自我学习能力、专业技能、表达与沟通能力、文献检索能力及团队协作能力等，从而满足国际工程教育认证提出的学生非技术性能力培养的要求3-4 1。基于项目的教学符合天津大学“家国情怀，国际视野，创新精神，实践能力”的人才培养定位，既有利于培养科研与工程设计能力兼备的卓越工程科技人才，又有利于培养具备沟通能力、自我完善能力和终身学习能力，能适应制药及其他工程领域人才需求和国家经济发展需要的高素质创新人才。制药工艺研发课程设计是制药工程专业的一门集中实践类必修课程，也是体现工程特点的一门主干课程。本文以该课程为例，介绍项目式教学的实施过程，以及知识、素质与能力考核相结合的教学评价体系的建设，探讨如何培养学生的非技术性能力。一、课程教学目标我们以制药工程专业教学质量国家标准5 工程教育专业认证标准中的12 条毕业要求和天津大学的办学定位为依据，制定制药工艺研发课程设计的教学目标，充分体现对学生家国情怀和创新实践能力的培养，从注重传授知识转变为注重培养能力，为面向能力培养的课程评价体系设计提供依据。制药工艺研发课程设计的教学目标如下：1.使学生能够应用原料药、制剂生产工艺工程的基本设计方法和技术对全生产工艺流程进行设计，能够设计制药生产工艺复杂工程问题的解决方案，在设计中体现创新意识，培养勇于创新、精益求精的工匠精神；2.使学生能够基于专业背景知识进行分析，学会评价制药领域复杂工程问题解决方案对安全、健康及社会的影响，强化工程伦理教育，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当；3.使学生能够从绿色安全性的角度思考并分析工艺对环境保护和社会可持续发展的影响，了解药品生产与使用环节对环境和社会经济可持续发展的影响，在解决方案的设计和实施过程中能正确处理药品生产、使用与环境保护及可持续发展的关系，引导学生始终把人民群众的生命安全和身体健康放在首位，注重培养学生保护环境的责任感；4.使学生在制药工艺工程设计中能够综合运用药品生产质量管理规范（GMP）、“质量源于设计”（QbD)等指导原则、规范和标准，强化药品质量意识、技术法规意识和工程师职业伦理责任意识，在工程设计实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任；5.使学生具备沟通交流能力和组织管理能力，能够与他人合作并协商解决专业问题，培养学生的职业素养；6.使学生能够将制药工程设计结果以报告、图纸、说明书等形式呈现给业界同行及社会公众，并进行有效的沟通和交流，培养学生科学思辩和有效沟通的能力；7.使学生能够将工程管理学原理应用于制药工程实践，对制药工艺及设备等进行经济分析和决策，培养学生勇于追求真理的精神和进行组织管理的能力。二、项目式教学设计在传统的课程设计中，通常是教师给学生下达任务书，在任务书中明确规定某药物生产的方法、工艺参数和工艺路线，要求学生按给定条件完成工艺计算和图纸绘制。这样的教学方式限制了学生创造性的发挥。为此，我们根据项目驱动式教学的原理，针对制药工艺研发的特点进行了教学改革。指导教师不再下发任务书，而是针对制药工程领域的科学与技术问题，结合生产、科研或其他实际任务，优先选取既能满足教学要求、又能联系生产和科研实际的开放性问题，确定项目主题和实施框架，让学生自主完成从选题、组队、项目规划到工艺工程设计的完整训练过程。在教学过程中，我们鼓励学生采用新工艺、先进设备及控制方案，勇于创新。项目式教学能够有效发挥课程设计在培养学生创新实践能力方面的作用，实现教研相长、学以致用。（一）项目主题的设置我们立足市场需求，结合近五年国内外（中国、美国、欧盟等）首批上市新药的筛选设计，设置课程设计项目主题，也支持教师认定的学生自拟题目。项目选题方向及内容如表1所示。96吕佳，等.强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践表1课程设计项目选题方向及内容选题方向内容某发酵原料药研发及生产工艺设计生物制药某生物制品研发及生产工艺设计化学制药某化药原料药研发及生产工艺设计中药制药某中药生产研发及生产工艺设计药物分离药物分离工艺及装置设计药物制剂某药物制剂生产工艺及车间设计（二）学生选题及设计内容学生以小组为单位完成选题。由于近五年国内外首批上市的典型药物没有完整、成熟的生产工艺可查阅、借鉴，因此学生需要树立面向市场需求进行技术创新的理念，遵循新药开发全周期流程和GMP，按照QbD原则和工作流程，运用所学的化学、生物学、药学基础理论知识进行药物研发工艺设计，锻炼理论知识运用能力。在此基础上，学生还需要结合工程基础知识和制药专业核心课程知识，进行工艺放大，完成药物的生产工艺设计，并绘制工艺物料流程图（PFD）、工艺管道及仪表流程图（PID），以及药厂洁净车间设备平立面布置等，在完成知识运用的基础上提高工程能力。三、项目式教学的实施过程我们在项目式教学中，将技术研发与工程设计各环节相结合，采取面向市场实际需求、考虑经济回报的设计开发模式。在项目实施前期，我们按照项目选题方向设置若干个主题，给出相关主题的部分背景知识，让学生报名并自主组建项目团队；同时鼓励学生与学生、学生与指导教师进行讨论，引导学生积极主动地获取知识。项目团队成员根据自已的知识背景和兴趣收集相关资料，在分析和讨论后提出项目计划，并按规范格式撰写项目可行性分析报告，提交给指导教师。教师只给出建议，由学生自主确定项目计划。项目选题均为最新、最前沿的开放性问题，可以给学生提供广阔的创新空间，有利于学生自主创新能力的提高。在详细设计阶段，学生依据可行性分析报告制定生产任务，编写设计任务书，并以QbD为指导原则，按任务书的要求确定目标产品质量概况，建立关键质量属性，确定关键工艺参数（包括重要工艺参数）和关键物料属性，并完成药物研发工艺设计。在此基础上，学生依据生产任务进行工艺放大，确定生产方式、工艺路线，进行设备初选，完成工艺流程设计；然后进行工艺计算和设备选型，建立控制策略，完成药物生产工艺设计及车间布置。每位学生需撰写个人报告，绘制所负责工序的PID、PFD 图和车间设备布置方案，并提交给指导教师。在完善设计和项目总结阶段，各组综合各工序工艺控制方案，完成项目整体的PID、PFD 图以及车间设备平立面布置方案和项目设计说明书，并准备答辩。四、融入思政元素，强化非技术性能力培养学生在选择并实施工艺设计时，即开始学习制药工程师的职业道德与工程伦理方面的知识，理解环境保护和可持续发展的理念与内涵。这些知识的学习有助于学生将来在进行制药工程设计时自觉遵守工程职业道德和规范，履行社会责任。教师指导学生运用SuperProDesigner等软件将复杂制药工艺流程的所有信息进行量化模拟，计算工艺过程的物料、能量损耗，以减少因为估算不准而引起的资源浪费。利用软件的经济模拟功能，学生能够根据经济目标合理定价并确定生产规模。在工艺设计过程中，教师引导学生采用新工艺和先进设备，尽可能缩短工艺流程或提高自动控制水平，以减少污染及能量损耗。工艺过程应遵循绿色环保、安全可靠、以人为本的原则。教师在指导过程中，可引人“联邦制药工厂因污染环境被关停事件”“哈药污染门事件”等案例的分析，引导学生深切体会制药工程设计中安全和环保问题的重要性。安全和环保问题，既与企业的发展息息相关，又关系到人们的健康。教师让学生根据项目实施背景，结合以往重大事故处理经验，对工厂安全、中毒、火灾事故的预案进行全面合理的分析，并评价其对社会、健康、安全、法97吕佳排，等.强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践律及文化的影响。另外，教师还指导学生根据软件模拟结果评估“三废”中的有害物质，设计回收利用工艺并提出“三废”处理措施。课程设计教学中还应体现关爱生命、安全可靠、关爱自然的设计原则。五、教学评价与效果(一）教学评价科学合理的教学评价体系是推动课程教学质量不断提升的重要保障。传统的课程评价大多采用期末终结性考试方式，注重评价学生对知识的掌握程度。这种评价方式过于简单，存在评价与人才培养目标不够匹配、课程思政教学效果评价缺失、过程性评价不足等问题。工程教育专业认证遵循OBE(outcomes-based education)理念，其对传统教学的显著影响之一就是将课程教学目标从“知识传授”转变为“能力培养”。制药工程专业于2 0 18 年通过认证，因此其课程评价方法也应从评价学生知识掌握程度转变为评价学生能力培养效果。我们根据制药工艺研发课程设计的教学目标，按照天津大学的课程设计评分标准，融合非技术性能力评价体系，设计和实施了新的课程评价体系（见表2），并对2 7 名学生的课程目标达成度进行了评价。该评价体系将定量与定性评价相结合，将专业技术能力与非技术性能力评价相结合。评价过程分为三个阶段，即可行性调研阶段、详细设计阶段与项目总结阶段。在可行性调研阶段，学生自由分组，利用一周的时间根据项目选题完成文献查阅、项目规划、经济分析等，撰写并提交项目任务书、可行性分析报告与项目计划书。教师对学生的设计/开发解决方案、工程与社会、项目管理能力进行考核。在详细设计阶段，每组同学合理分工，利用四周的时间完成所负责工序的详细设计工作，撰写并提交个人报告及设计图纸。教师从设计/开发解决方案、环境和可持续发展、品格和职业规范、沟通交流方面对学生进行考核。在项目总结阶段，各组整合设计结果，撰写设计说明书，绘制全工艺流程图纸、车间设备平立面布置图并进行答辩。答辩委员会评委通过各组的全生产工艺流程设计报告及图纸进一步考核学生的专业技术能力一一设计/开发解决方案的能力，并对学生的沟通交流、表达思辨等非技术性能力进行考核。另外，我们设置了组内互评环节，在考查学生工程设计能力的同时对学生的团队合作能力进行评价。(二)教学效果学生以小组为单位，完成制药工艺项目设计，最终提交项目可行性研究报告、项目设计说明书和设计图纸。每位同学还要提交所负责工序的个人报告和图纸，并完成项目设计答辩。我们根据新的教学评价体系对学生进行考核，并统计2 7 名学生的成绩，最终得出课程目标1的达成度为0.85，课程目标2 的达成度为0.8 9，课程目标3的达成度为0.8 6，课程目标4 的达成度为0.8 6，课程目标5 的达成度为0.9 6，课程目标6 的达成度为0.8 4，课程目标7 的达成度为0.8 9。本次项目式教学改革取得以下几方面的效果：1.让学生以QbD理念进行制药工艺流程研发及生产设计，培养了学生独立创新的工艺设计能力和项目管理能力，使学生理解和掌握了工艺设计及图纸绘制的相关标准、规范；同时在实践过程中有机融人思政元素，培养了学生的职业道德及工程伦理素养。2.在完成理论教学的基础上，通过项目式课程设计，给学生提供了将理论应用于实践的平台，加深了学生对制药设计过程中实施的GMP、Q b D 等的认识，为其今后从事新药设计与研发、药品生产工艺工程设计等工作奠定了良好的基础。3.提高了学生运用多学科知识解决复杂工程问题的能力，培养了学生终身学习的能力与习惯。4.让学生分工合作完成项目设计，培养了学生的独立创新精神和团队协作意识。5.教学评价更加注重过程考核和非技术性能力考查，评价内容更加全面。98吕佳排，等.强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践980680980%S5(O)(O1)Y图Id一(9)14不车非技术性能力目一23Q0吕佳等强化非技术性能力培差的项日式教学改苗与实践蹈回不车目98096080680%01%02%0T5(OL)(OD)(OL)不与凿(01)一Y“图d(9)非技术性能力目456100吕佳，等.强化非技术性能力培养的项目式教学改革与实践六、结语实践表明，结合制药工艺研发特点构建的制药工艺研发课程设计项目式教学模式能够适应社会需求，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性与创造性，使学生养成自主学习和终身学习的习惯及能力。学生通过合作完成整个项目设计任务，将理论学习与工程项目设计训练结合起来，实现了所学知识的应用和新知识的探索，锻炼了分析和解决复杂工程问题的能力及工程管理能力。项目式教学达到了预期目标，取得了良好的效果。此次教学改革为培养制药及相关工程领域的优秀人才探索了新思路、新方法和新模式。（责任编辑：李丽妍）（上接第3 6 页）课程设计、制药工程课程设计、制药工程技术实训、制剂综合实训等工程实践类课程相结合，构建了工程基础理论学习与工程实践有机融合的工程类课程创新体系。通过系统的工程实践，学生对生产工艺设计、设备设计、车间设计、原料药提取以及制剂生产过程等有了完整的理解和认知，这对提升学生的工程设计能力、解决复杂工程问题的能力大有神益。此次探索对化工、制药及相关专业构建工程设计类课程体系有一定的参考价值。（责任编辑：李丽妍）参考文献：1瞿振元.推动高等工程教育向更高水平迈进.高等工程教育研究，2 0 17（1）：12-16，2 3.2 白艳红.工程教育专业认证背景下课程目标的形成性评价研究与实践J.中国高教研究，2 0 19(12):60-64.3 罗兰花，余长庚，赵方珍，等.工程认证标准下的软件工程毕业达成度评价J.计算机教育，2 0 2 0（1）：116-119.4 杨洪涛，王小兵.工程教育专业认证标准下的测控参考文献：1钟登华.新工科建设的内涵与行动J.高等工程教育研究，2 0 17（3）：1-6.2 申中华人民共和国中央人民政府.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2 0 10 2 0 2 0 年）Z.2010-07-29.3 教育部高等教育司.关于开展新工科研究与实践的通知：教高司函2 0 17 16 号A/OL.4 李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念J.中国高等教育，2 0 14（17）：7-10.5教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准M.北京：高等教育出版社，2 0 18：3 8 8-3 9 3.专业实践教学的改革与实践.实验技术与管理，2017(6):183-186.5 杨灵芳，吴占涛.开放式项目制教学在材料成型专业实践教学中的应用J.化学教育（中英文），2018,39(2):55-59.6 郭蕴，李敏.疫情期间基于多种ICT的PBL教学实施与评价一一以数据库技术与应用课程大作业为例.计算机教育，2 0 2 1，3（3）：10-14.7 刘红梅，侯春娟，韩永萍，等专创融合背景下基于成果导向的化工原理教学改革与实践.高教学刊，2 0 2 0(6)：19-2 1.8 吕玲，王志红，姚伟宁，等.专业认证背景下少学时化工原理课程教学改进的思考.化工高等教育，2020,37(4):93-96.9 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